(57)【要約】  超音波画像デバイス、システム及び方法が提供される。一実施形態において、超音波イメージング・システムは、超音波イメージング・コンポーネントに結合され、ターゲット組織を表現する複数の画像データ・フレームを受信するように構成されるインターフェース；及びインターフェースと通信する処理コンポーネントを有し、処理コンポーネントは：複数の画像データ・フレームに基づいて、ターゲット組織に関連する超音波イメージング・コンポーネントに対する遅延プロファイルを決定し；及び遅延プロファイルに基づいて、1つ以上のせん断波パルスのシーケンスに対する位相逸脱補正設定を決定するように構成され、1つ以上のせん断波パルスのシーケンスは、超音波イメージング・コンポーネントとターゲット組織の剛性尺度とに関連している。
2019526370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波イメージング・システムであって：
超音波イメージング・コンポーネントに結合され、且つターゲット組織を表現する複数の画像データ・フレームを受信するように構成されるインターフェース；及び
前記インターフェースと通信する処理コンポーネント；
を有し、前記処理コンポーネントは：
前記複数の画像データ・フレームに基づいて、前記ターゲット組織に関連する前記超音波イメージング・コンポーネントに対する遅延プロファイルを決定し；及び
前記遅延プロファイルに基づいて、1つ以上のせん断波パルスのシーケンスに対する位相逸脱補正設定を決定する；
ように構成され、前記1つ以上のせん断波パルスのシーケンスは、前記超音波イメージング・コンポーネントと前記ターゲット組織の剛性尺度とに関連している、超音波イメージング・システム。
【請求項２】
前記複数の画像データ・フレームは複数のチャネルからの輝度モード(Bモード)データを含み、前記複数のチャネルは前記超音波イメージング・コンポーネントのトランスデューサ・エレメントに対応し、前記遅延プロファイルは前記複数のチャネルの時間シフト値を含む、請求項1に記載の超音波イメージング・システム。
【請求項３】
前記処理コンポーネントは、前記複数のチャネルにわたって前記Bモード・データを時間整合させるように前記複数のチャネル各々について時間シフト値を決定することにより、前記遅延プロファイルを決定するように構成される、請求項2に記載の超音波イメージング・システム。
【請求項４】
前記処理コンポーネントは：
関心のある空間的な地点に基づいて、前記複数のチャネル各々から前記Bモード・データのサブセットを選択し；及び
前記複数のチャネルにわたって前記Bモード・データの前記サブセットを時間整合させるように、前記複数のチャネル各々に対する時間シフト値を決定する；
ことにより前記遅延プロファイルを決定するように構成されている、請求項2に記載の超音波イメージング・システム。
【請求項５】
前記処理コンポーネントは、前記超音波イメージング・コンポーネントの前記トランスデューサ・エレメントによる前記1つ以上のせん断波パルスのシーケンスの生成又は受信のうちの少なくとも何れかについてビームフォーミング遅延を決定することにより、前記位相逸脱補正設定を決定するように構成されている、請求項2に記載の超音波イメージング・システム。
【請求項６】
前記処理コンポーネントは：
前記複数の画像データ・フレームに基づいて、前記ターゲット組織に関連する動き尺度を決定し；
前記動き尺度に基づいて、前記複数の画像データ・フレームのサブセットを選択し；及び
前記複数の画像データ・フレームの前記サブセットに基づいて前記遅延プロファイルを決定する；
ように構成されている、請求項1に記載の超音波イメージング・システム。
【請求項７】
前記1つ以上のせん断波パルスのシーケンスは、プッシュ・パルス、送信トラッキング・パルス、又は受信トラッキング・パルスのうちの少なくとも何れかを含む、請求項1に記載の超音波イメージング・システム。
【請求項８】
前記インターフェースは、前記位相逸脱補正設定を前記超音波イメージング・コンポーネントへ送信するように構成されている、請求項1に記載の超音波イメージング・システム。
【請求項９】
前記インターフェースは前記超音波イメージング・コンポーネントから応答データを受信するように更に構成され、前記応答データは前記ターゲット組織に関連する前記1つ以上のせん断波パルスのシーケンスに関連し、前記処理コンポーネントは、少なくとも前記応答データに基づいて前記ターゲット組織の前記剛性尺度を決定するように更に構成される、請求項1に記載の超音波イメージング・システム。
【請求項１０】
前記処理コンポーネントと通信し、且つ前記ターゲット組織の前記剛性尺度に関連する信頼性マップを表示するように構成されるディスプレイ・コンポーネントを更に有する請求項9に記載の超音波イメージング・システム。
【請求項１１】
自動位相逸脱補正のための選択を受けるように構成されるユーザー入力インターフェースを更に有し、前記処理コンポーネントは前記選択に基づいて前記位相逸脱補正設定を決定するように構成される、請求項1に記載の超音波イメージング・システム。
【請求項１２】
前記超音波イメージング・コンポーネント；
前記処理コンポーネント；及び
前記ターゲット組織の前記剛性尺度に関連する信頼性マップを表示するように構成されるディスプレイ・コンポーネント；
を含む超音波イメージング・プローブを更に有する請求項1に記載の超音波イメージング・システム。
【請求項１３】
超音波イメージング診断のための方法であって：
超音波イメージング・コンポーネントから、ターゲット組織を表現する複数の画像データ・フレームを受信するステップ；
前記複数の画像データ・フレームに基づいて、前記ターゲット組織に関連する前記超音波イメージング・コンポーネントに対する遅延プロファイルを決定するステップ；及び
前記遅延プロファイルに基づいて、1つ以上のせん断波パルスのシーケンスに対する位相逸脱補正設定を決定するステップであって、前記1つ以上のせん断波パルスのシーケンスは、前記超音波イメージング・コンポーネントと前記ターゲット組織の剛性尺度とに関連している、ステップ；
を有する方法。
【請求項１４】
前記複数の画像データ・フレームは複数のチャネルからの輝度モード(Bモード)データを含み、前記複数のチャネルは前記超音波イメージング・コンポーネントのトランスデューサ・エレメントに対応し、前記遅延プロファイルは前記複数のチャネルの時間シフト値を含む、請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
前記遅延プロファイルを決定するステップは、前記複数のチャネルにわたって前記Bモード・データを時間整合させるように前記複数のチャネル各々について時間シフト値を決定するステップを含む、請求項14に記載の方法。
【請求項１６】
前記遅延プロファイルを決定するステップは：
関心のある空間的な地点に基づいて、前記複数のチャネル各々から前記Bモード・データのサブセットを選択するステップ；及び
前記複数のチャネルにわたって前記Bモード・データの前記サブセットを時間整合させるように、前記複数のチャネル各々に対する時間シフト値を決定するステップ；
を含む、請求項14に記載の方法。
【請求項１７】
前記位相逸脱補正設定を決定するステップは、前記超音波イメージング・コンポーネントの前記トランスデューサ・エレメントによる前記1つ以上のせん断波パルスのシーケンスの生成又は受信のうちの少なくとも何れかについてビームフォーミング遅延を決定するステップを含み、前記方法は、前記位相逸脱補正設定を前記超音波イメージング・コンポーネントへ送信するステップを含む、請求項14に記載の方法。
【請求項１８】
前記複数の画像データ・フレームに基づいて、前記ターゲット組織に関連する動き尺度を決定するステップ；
前記動き尺度に基づいて、前記複数の画像データ・フレームのサブセットを選択するステップ；及び
前記複数の画像データ・フレームの前記サブセットに基づいて前記遅延プロファイルを決定するステップ；
を更に有する請求項13に記載の方法。
【請求項１９】
前記超音波イメージング・コンポーネントから、前記ターゲット組織に関連する前記1つ以上のせん断波パルスのシーケンスに関連する応答データを受信するステップ；及び
少なくとも前記応答データに基づいて前記ターゲット組織の前記剛性尺度を決定するステップ；
を更に有する請求項13に記載の方法。
【請求項２０】
前記ターゲット組織の前記剛性尺度に関連する信頼性マップを表示するステップを更に有する請求項19に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に超音波イメージングに関連し、特に輝度モード(Bモード)画像データに基づいて超音波せん断波エラストグラフィ(an  ultrasound  shear  wave  elastography(SWE))における位相逸脱を補正することに関連する。
【背景技術】
【０００２】
超音波SWEは定量的な組織粘弾性情報を取り出す非侵襲的な診断ツールである。組織の剛性は、例えば肝線維症のような所定の病気を示し得る。更に、剛性の程度又は尺度は、例えば肝線維症の程度を病気分類すること等のような病気の深刻さを示し得る。超音波SWEでは、超音波イメージング・プローブが、組織内でせん断波を生成するため、及び組織を通って伝搬するせん断波の速度を測定するために使用される。例えば、超音波イメージング・プローブは、ターゲット組織でせん断波を生成するためにターゲット組織に向けて1つ以上のプッシュ・ビーム(one  or  more  push  beams)を生成し、その後にターゲット組織に向けて一連のトラッキング・ビーム(a  series  of  tracking  beams)を送信し得る。超音波イメージング・プローブは、ターゲット組織から反射して戻ってくるエコー・シーケンスを受信し得る(例えば、トラッキング・ビームを受信する)。せん断波に応じたターゲット組織の変位は、一連の送信及び受信トラッキング・ビームに基づいてせん断波速度を推定するために測定され得る。例えば、せん断波は、柔らかい組織内を或る速度で進行し、硬い組織内を別の大きな速度で進行し得る。従って、ターゲット組織の弾性情報又はその他の力学的特徴は、速度の測定から取得されることが可能である。超音波SWEは、超音波イメージングの低コスト性及びアクセス容易性に起因して医療診断にとって魅力的であるかもしれない。更に、超音波イメージングは、対象領域を示すためにリアル・タイムの画像ガイダンスを提供することが可能である。
【０００３】
しかしながら、超音波SWEの超音波の直接的な利用は、位相及び振幅の逸脱、音響減衰、クラッター(clutter)、超音波イメージングの残響効果に起因して、限定的なSWEパフォーマンスをもたらすかもしれない。例えば、近視野における脂肪及び筋肉の層は肝臓及び腹部のスキャンに対して難題を招き得る。脂肪及び筋肉の層は、信号の減衰及び位相の逸脱を引き起こすかもしれない。位相の逸脱は、減衰より大きく超音波SWEパフォーマンスを劣化させ得ることを、幾つかの研究は示している。例えば、位相の逸脱は、プッシュ・ビーム及び/又はトラッキング・ビームにおけるフォーカシング・エラーを引き起こす可能性がある。フォーカシング・エラーは、組織の剛性の測定値の変動及び誤差を招く可能性があり、従って一貫した精密な剛性測定を再現することは困難になり得る。更に、フォーカシング・エラーは、診断結果及び治療の選択肢に潜在的に影響を及ぼす可能性がある。例えば、プッシュ・ビームの周波数を下げることにより、或いはトラッキングするために非線形に二次高調波信号を生成することにより、超音波SWEパフォーマンスを改善するための様々な研究が試みられている。しかしながら、そのような研究は、劣化の根本原因を考慮するのではなく、超音波SWEパフォーマンスの劣化を低減又は最小化することに着目しているにすぎない。
【発明の概要】
【０００４】
既存の超音波SWEは組織の粘弾性を決定するために有用であることが判明しているが、超音波SWEパフォーマンスを改善するための改善されたシステム及び技術に対するニーズが残っている。本開示の実施形態は、Bモード画像ロー・データ(B-mode  image  raw  data)に基づいて超音波SWEにおける位相逸脱を補正する仕組みを提供する。例えば、超音波イメージング・コンポーネントは、高いフレーム・レートのBモード・イメージング・パルスと低いフレーム・レートのせん断波パルスとをターゲット組織に向けて交互に放出することが可能である。せん断波パルスは、1つ以上のプッシュ・パルスの後に続く一連のトラッキング・パルスを含み得る。位相逸脱を引き起こす根本的な組織音響特性は、Bモード・イメージング・パルスのエコー応答から推定されることが可能である。例えば、改善された遅延プロファイルは、Bモード・イメージング・エコー応答に基づいて、ターゲット組織に関連する超音波イメージング・コンポーネントに対して推定されることが可能である。位相逸脱は、以後のプッシュ及び/又はトラッキング・パルスをリアル・タイムで生成する最中に事前に補償されることが可能であり、或いは推定された組織音響特性に基づいてリアル・タイムでトラッキング・エコーを受信する最中に事後的に補償されることが可能である。例えば、遅延プロファイルに基づくせん断波パルスの以後の生成及び/又は受信のために、ビームフォーミング遅延が算出されることが可能である。
【０００５】
一実施形態では、超音波イメージング・システムが提供される。超音波イメージング・システムは、超音波イメージング・コンポーネントに結合され、ターゲット組織を表現する複数の画像データ・フレームを受信するように構成されるインターフェース；及びインターフェースと通信する処理コンポーネントを有し、処理コンポーネントは：複数の画像データ・フレームに基づいて、ターゲット組織に関連する超音波イメージング・コンポーネントに対する遅延プロファイルを決定し；及び遅延プロファイルに基づいて、1つ以上のせん断波パルスのシーケンスに対する位相逸脱補正設定を決定するように構成され、1つ以上のせん断波パルスのシーケンスは、超音波イメージング・コンポーネントとターゲット組織の剛性尺度とに関連している。
【０００６】
いくつかの実施形態では、複数の画像データ・フレームは複数のチャネルからの輝度モード(Bモード)データを含み、複数のチャネルは超音波イメージング・コンポーネントのトランスデューサ・エレメントに対応し、遅延プロファイルは複数のチャネルの時間シフト値を含む。いくつかの実施形態において、処理コンポーネントは、複数のチャネルにわたってBモード・データを時間整合させるように複数のチャネル各々について時間シフト値を決定することにより、遅延プロファイルを決定するように構成される。いくつかの実施形態において、処理コンポーネントは、関心のある空間的な地点に基づいて、複数のチャネル各々からBモード・データのサブセットを選択し；及び複数のチャネルにわたってBモード・データのサブセットを時間整合させるように、複数のチャネル各々に対する時間シフト値を決定することにより、遅延プロファイルを決定するように構成されている。いくつかの実施形態において、処理コンポーネントは、超音波イメージング・コンポーネントのトランスデューサ・エレメントによる1つ以上のせん断波パルスのシーケンスの生成又は受信のうちの少なくとも何れかについてビームフォーミング遅延を決定することにより、位相逸脱補正設定を決定するように構成されている。  いくつかの実施形態において、処理コンポーネントは、複数の画像データ・フレームに基づいて、ターゲット組織に関連する動き尺度を決定し；動き尺度に基づいて、複数の画像データ・フレームのサブセットを選択し；及び複数の画像データ・フレームのサブセットに基づいて遅延プロファイルを決定するように構成されている。いくつかの実施形態において、1つ以上のせん断波パルスのシーケンスは、プッシュ・パルス、送信トラッキング・パルス、又は受信トラッキング・パルスのうちの少なくとも何れかを含む。いくつかの実施形態において、インターフェースは、位相逸脱補正設定を超音波イメージング・コンポーネントへ送信するように構成されている。  いくつかの実施形態において、インターフェースは超音波イメージング・コンポーネントから応答データを受信するように更に構成され、応答データはターゲット組織に関連する1つ以上のせん断波パルスのシーケンスに関連し、処理コンポーネントは、少なくとも応答データに基づいてターゲット組織の剛性尺度を決定するように更に構成される。  いくつかの実施形態において、超音波イメージング・システムは、処理コンポーネントと通信し、且つターゲット組織の剛性尺度に関連する信頼性マップを表示するように構成されるディスプレイ・コンポーネントを更に有する。いくつかの実施形態において、超音波イメージング・システムは、自動位相逸脱補正のための選択を受けるように構成されるユーザー入力インターフェースを更に有し、処理コンポーネントは選択に基づいて位相逸脱補正設定を決定するように構成される。いくつかの実施形態において、超音波イメージング・システムは、超音波イメージング・コンポーネント；処理コンポーネント；及びターゲット組織の剛性尺度に関連する信頼性マップを表示するように構成されるディスプレイ・コンポーネントを含む超音波イメージング・プローブを更に有する。
【０００７】
一実施形態では、超音波イメージング診断のための方法が提供される。本方法は、超音波イメージング・コンポーネントから、ターゲット組織を表現する複数の画像データ・フレームを受信するステップ；複数の画像データ・フレームに基づいて、ターゲット組織に関連する超音波イメージング・コンポーネントに対する遅延プロファイルを決定するステップ；及び遅延プロファイルに基づいて、1つ以上のせん断波パルスのシーケンスに対する位相逸脱補正設定を決定するステップであって、1つ以上のせん断波パルスのシーケンスは、超音波イメージング・コンポーネントとターゲット組織の剛性尺度とに関連している、ステップを含む。
【０００８】
いくつかの実施形態において、複数の画像データ・フレームは複数のチャネルからの輝度モード(Bモード)データを含み、複数のチャネルは超音波イメージング・コンポーネントのトランスデューサ・エレメントに対応し、遅延プロファイルは複数のチャネルの時間シフト値を含む。いくつかの実施形態において、遅延プロファイルを決定するステップは、複数のチャネルにわたってBモード・データを時間整合させるように複数のチャネル各々について時間シフト値を決定するステップを含む。いくつかの実施形態において、遅延プロファイルを決定するステップは、関心のある空間的な地点に基づいて、複数のチャネル各々からBモード・データのサブセットを選択するステップ；及び複数のチャネルにわたってBモード・データのサブセットを時間整合させるように、複数のチャネル各々に対する時間シフト値を決定するステップを含む。いくつかの実施形態において、位相逸脱補正設定を決定するステップは、超音波イメージング・コンポーネントのトランスデューサ・エレメントによる1つ以上のせん断波パルスのシーケンスの生成又は受信のうちの少なくとも何れかについてビームフォーミング遅延を決定するステップを含み、本方法は位相逸脱補正設定を超音波イメージング・コンポーネントへ送信するステップを含む。いくつかの実施形態において、本方法は、複数の画像データ・フレームに基づいて、ターゲット組織に関連する動き尺度を決定するステップ；動き尺度に基づいて、複数の画像データ・フレームのサブセットを選択するステップ；及び複数の画像データ・フレームのサブセットに基づいて遅延プロファイルを決定するステップを更に有する。いくつかの実施形態において、本方法は、超音波イメージング・コンポーネントから、ターゲット組織に関連する1つ以上のせん断波パルスのシーケンスに関連する応答データを受信するステップ；及び少なくとも応答データに基づいてターゲット組織の剛性尺度を決定するステップを更に有する。いくつかの実施形態において、本方法はターゲット組織の剛性尺度に関連する信頼性マップを表示するステップを更に有する。
【０００９】
本開示の更なる形態、特徴及び利点は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本開示の例示的な実施形態が添付図面を参照しながら説明される。
【００１１】
【図１】図1は本開示の形態による超音波イメージング・システムの概略図である。
【００１２】
【図２】図2は本開示の形態による超音波せん断波エラストグラフィ(SWE)撮像写真を示す。
【００１３】
【図３】図3は本開示の形態による超音波SWEの位相逸脱補正方式を示す概略図である。
【００１４】
【図４】図4は本開示の形態による超音波SWEの位相逸脱補正方式を示す概略図である。
【００１５】
【図５】図5は本開示の形態による超音波SWEの位相逸脱補正方式を示す概略図である。
【００１６】
【図６】図6は本開示の形態による超音波SWEのためのユーザー・インターフェース(UI)/ディスプレイ・ユニットの概略図である。
【００１７】
【図７】図7は本開示の形態による超音波SWEの位相逸脱補正方法の流れ図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本開示の原理の理解を促す目的のため、図面に示される実施形態が参照され、それを説明するために特定の言葉が使用される。しかしながら本開示の範囲を限定することは意図されていないことが理解される。説明されるデバイス、システム、及び方法に対する如何なる代替及び更なる修正も、また本開示の原理の如何なる応用も、本開示が関連している当業者に通常的に把握されるように、本開示の範囲内で十分に考慮され且つ包含される。特に、一実施形態に関連して説明される特徴、コンポーネント、及び/又はステップは、本開示の他の実施形態に関連して説明される特徴、コンポーネント、及び/又はステップと組み合わせられてよい。しかしながら簡明化のためこれらの組み合わせの多数の反復は別々には説明されない。
【００１９】
図1は本開示の形態による超音波イメージング・システム100の概略図である。システム100は患者の身体のエリア又はボリュームをスキャンするために使用される。システム100は、通信リンク・インターフェース又はリンク120を介してホスト130と通信する超音波イメージング・プローブ110を含む。プローブ110は、トランスデューサ・アレイ112と、ビームフォーマー114と、処理コンポーネント116と、UI/ディスプレイ・ユニット117と、通信インターフェース118とを含む。ホスト130は、UI/ディスプレイ・ユニット132と、処理コンポーネント134と、通信インターフェース136とを含む。
【００２０】
トランスデューサ・アレイ112は、解剖学的オブジェクト105の方へ超音波信号を放出し、オブジェクト105からトランスデューサ・アレイ112に返って来るエコー信号を受信する。トランスデューサ・アレイ112は、一次元(1D)アレイ又は二次元(2D)アレイに並べられる音響エレメントを含んでもよい。音響エレメントはトランスデューサ・エレメントと言及されてもよい。
【００２１】
ビームフォーマー114はトランスデューサ・アレイ112に結合される。ビームフォーマー114は、例えば、超音波信号の送信及び超音波エコー信号の受信のためにトランスデューサ・アレイ112を制御する。ビームフォーマー114は、その応答又は受信した超音波エコー信号に基づいて、処理コンポーネント116へ画像信号を提供する。ビームフォーマー114はビームフォーミングの複数のステージを含んでいてもよい。一実施形態において、ビームフォーマー114は、超音波ビームの送信及び/又は音響エレメントからのエコーの受信を遅延させ、且つ音響エレメントにより検出された超音波エコーの受信を合計するように構成される遅延加算コンポーネントである。いくつかの実施形態において、ビームフォーマー114と通信するトランスデューサ・アレイ112は、超音波イメージング・コンポーネントと言及されてもよい。
【００２２】
処理コンポーネント116はビームフォーマー114に結合される。処理コンポーネント116は画像信号から画像データを生成する。処理コンポーネント116は、ソフトウェア・コンポーネントとハードウェア・コンポーネントとの組み合わせとして実現されてもよい。一実施形態において、処理コンポーネント116は、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)において実現されてもよく、そして画像信号の処理及び画像データへの変換を制御するためにプログラム可能な状態マシンを含んでもよい。例えば、処理コンポーネント116は、画像信号を適当な状態にするために、フィルタリング及び/又は直交復調を実行してもよい。処理コンポーネント116は、フィルタリングされた信号について分析的検出(analytic  detection)を実行してもよい。UI/ディスプレイ・ユニット117は処理コンポーネント116に結合される。UI/ディスプレイ・ユニット117は、スクリーン、タッチ・スクリーン、何らかの適切なディスプレイ、又はプローブ110のハウジングに一体的なユーザー入力コンポーネントを含んでもよい。UI/ディスプレイ・ユニット117は、ユーザー入力を受信し及び/又は診断結果を表示するように構成されてもよい。
【００２３】
通信インターフェース118は処理コンポーネント116に結合される。通信インターフェース118は、通信リンク120を介してホスト130へ画像信号を送信する。ホスト130では、通信インターフェース136が画像信号を受信し得る。ホスト130は、ワークステーション、パーソナル・コンピュータ(PC)、ラップトップ、タブレット、又はモバイル・フォンのような適切な任意のコンピューティング及びディスプレイ・デバイスであってもよい。通信リンク120は適切な任意の通信リンクであってもよい。例えば、通信リンク120は、ユニバーサル・シリアル・バス(USB)リンク又はイーサーネット・リンクのような有線リンクであってもよい。代替的に、通信リンク120は、ウルトラ・ワイドバンド(UWB)リンク、電気電子技術者協会(IEEE)802.11WiFiリンク、又はブルートゥース(登録商標)リンクのような無線リンクであってもよい。
【００２４】
処理コンポーネント134は通信インターフェース136に結合される。処理コンポーネント134はソフトウェア・コンポーネントとハードウェア・コンポーネントとの組み合わせとして実現されてもよい。処理コンポーネント134は、中央処理ユニット(CPU)、ディジタル信号プロセッサ(DSP)、グラフィカル処理ユニット(GPU)、特定用途向け集積回路(ASIC)、コントローラ、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)、その他のハードウェア・デバイス、ファームウェア・デバイス、又は本願で説明される動作を実行するように構成されるそれらの任意の組み合わせを含んでよい。処理コンポーネント134は、例えば、DSP及びマイクロプロセッサ、GPU及びマイクロプロセッサ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアに関連する1つ以上のマイクロプロセッサ、又は他の任意のそのような構成の組み合わせのような、コンピューティング・デバイスの組み合わせとして実現されてもよい。処理コンポーネント134は、様々な診断モダリティに関する画像処理及び画像分析を実行するように構成されることが可能である。UI/ディスプレイ・ユニット132は処理コンポーネント134に結合される。UI/ディスプレイ・ユニット132は、モニター、タッチ・スクリーン、キーボード、マウス、又は適切な任意のディスプレイ及びユーザー入力コンポーネントを含んでよい。UI/ディスプレイ・ユニット132は、ユーザー入力を受信するように、及び/又は処理コンポーネント134により処理された画像及び/又は診断結果を表示するように構成される。
【００２５】
システム100は超音波SWEのために構成されることが可能である。例えば、オブジェクト105は、患者身体の組織構造(例えば、肝臓)に対応してもよい。トランスデューサ・アレイ112は、Bモード・イメージングのための輝度モード(Bモード)パルスを生成するように構成されることが可能である。更に、トランスデューサ・アレイ112は、せん断波生成(shear  wave  generation)のためのプッシュ・パルスを生成し、せん断波伝搬測定(shear  wave  propagation  measurements)のためのトラッキング・パルスを生成及び受信するように構成されることが可能である。一実施形態において、トランスデューサ・アレイ112は、(例えば、プッシュ及びトラッキング・パルスのような)せん断波パルスとインターリーブされるBモード・イメージング・パルスを生成するように構成される。Bモード・イメージング・パルスからのエコー応答は、トランスデューサ・アレイ112の音響エレメントにより送信及び/又は受信されるせん断波パルスをビームフォーミングするための超音波SWE位相逸脱補正設定(例えば、ビームフォーミング遅延及び係数を含む)を較正又は決定するために使用されることが可能である。トランスデューサ・アレイ112は、位相逸脱補正設定に基づいて、せん断波パルスを生成及び/又は受信するように構成され得る。かくてシステム100は逸脱が補正された位相又は逸脱の無いせん断波パルスをリアル・タイムで生成することが可能である。本願では、超音波SWEにおける位相逸脱を補正する仕組みが詳細に説明される。
【００２６】
いくつかの実施形態において、通信インターフェース118はリンク120を介してホスト130へBモード画像データを送信することが可能である。ホスト130において、処理コンポーネント134は、せん断波パルスをビームフォーミングするための位相逸脱補正設定を決定することが可能である。位相逸脱補正設定はビームフォーミング遅延を含んでもよい。通信インターフェース136は、位相逸脱補正設定をプローブ110へ送信することが可能である。ビームフォーマー114は、以後のプッシュ・パルスにビームフォーミング遅延を適用し、トラッキング・パルスを送信し、及び/又はトラッキング・パルスを受信することが可能である。以後、処理コンポーネント134は、プローブ110から受信した受信トラッキング・パルスをモニタリングすることにより、組織の弾性又は剛性を示す組織の動き又は変位を決定してもよい。いくつかの他の実施形態において、ビームフォーミング遅延の決定は、ホスト130ではなく、プローブ110の処理コンポーネント116で実行されることが可能である。いくつかの他の実施形態において、ビームフォーミング遅延の決定は、プローブの処理コンポーネント116及びホストの処理コンポーネント134により連帯して実行されてもよい。
【００２７】
図2は本開示の形態による超音波SWE画像ビューを示す。例えば、システム100は画像ビュー200を生成するように使用されてよい。画像ビュー200は、画像ビュー200の左側に繊維症肝のBモード画像210を示し、且つ画像ビュー200の右側にBモード画像210に重ねてせん断波剛性マップ220を示す。Bモード画像210は約65ヘルツ(Hz)のフレーム・レートで生成される。せん断波剛性マップ220は約0.5Hzのフレーム・レートで生成される。典型的には、SWEフレーム・レートは、食品医薬品局(FDA)により制限される(許容される診断超音波レベルの)約1Hzのオーダーにおけるものであってよい一方、Bモード・イメージング・フレーム・レートは約20Hzないし約50Hzの範囲内にあってよい。せん断波剛性マップ220は、組織の剛性の尺度又はせん断波速度の尺度を示す。いくつかの実施形態において、せん断波剛性マップ220は、対象領域(ROI)を見出すように又は潜在的な組織剛性率の問題を有する領域をハイライトして超音波診断士を支援するために、異なる組織剛性率の尺度又は異なる速度を有する領域を示すようにカラー・コード化されることが可能である。いくつかの実施形態において、画像ビュー200は、せん断波剛性マップ220における剛性測定の品質又は確実性を示す信頼性マップを含むことが可能であり、超音波診断士が、せん断波剛性マップ220のうち高品質部分(例えば、ピクセル又はサブ領域)から測定値を取得することを許容する。
【００２８】
図3-5は超音波SWEにおける位相逸脱を補償する仕組みを示す。図3は本開示の形態による超音波SWEの位相逸脱補正方式300を示す概略図である。図3において、x軸はある一定の単位における時間を表現する。方式300は、超音波SWEで位相逸脱を補正するためにシステム100により使用されることが可能である。例えば、方式300は、ホスト130における処理コンポーネント134により、或いはプローブ110における処理コンポーネント116により実現されることが可能である。いくつかの実施形態において、方式300の実装はホスト130とプローブ110との間で分けられることが可能である。
【００２９】
方式300は、例えばトランスデューサ・アレイ112のような超音波トランスデューサ・アレイを利用して、Bモード・イメージング・パルス302のシーケンスとせん断波パルス304のシーケンスとを交互配置する方式で生成する。Bモード・イメージング・パルス302とせん断波パルス304とは、オブジェクト105のようなターゲット組織に向かって放出されてもよい。トランスデューサ・アレイは、ターゲット組織から反射されたBモード・イメージング・パルス302のエコー応答(図示せず)を受信し得る。Bモード・イメージング・パルス302のエコー応答は、画像データ・フレーム310を形成する。例えば、各々の画像データ・フレーム310は、オブジェクト105の画像のピクセル強度を示す複数のピクセル値(例えば、振幅)を含んでもよい。画像データ・フレーム310は、約20Hzないし約50Hzの高いフレーム・レートを有し得る。
【００３０】
せん断波パルス304は、1つ以上のプッシュ・パルス304aと、それに後続する送信トラッキング・パルス304bの系列を含んでもよい。プッシュ・パルス304aはオブジェクト105においてせん断波の生成を引き起こす。トランスデューサ・アレイは、送信トラッキング・パルス304bに応答して、ターゲット組織から反射されるエコー応答を受信し得る(例えば、トラッキング・パルス304cを受信する)。
【００３１】
方式300は、せん断波パルス304の生成及び/又は受信における位相逸脱を補正又は補償するために位相逸脱補正ユニット330を使用する。位相逸脱補正ユニット330は、画像データ・フレーム310のBモード・データ312を受信する。位相逸脱補正ユニット330は、データ312に基づいて、せん断波パルス304の以後の捕捉シーケンスに対する位相逸脱補正設定332を決定する。高いフレーム・レートのBモード画像データ・フレーム310は、(例えば、トランスデューサ・アレイ112とターゲット組織との間の脂肪及び/又は筋肉のような)根本的な組織音響特性の正確な推定をもたらすことが可能である。位相逸脱補正設定332は、せん断波パルス304をビームフォーミングするために使用される。一実施形態において、方式300は、せん断波パルス304を生成及び/又は受信するために、(例えば、ビームフォーマー114のような)ビームフォーマーに位相逸脱補正設定332を適用し得る。
【００３２】
(例えば、受信トラッキング・パルス304cのような)トラッキング・エコー応答はSWEデータ・フレーム320を形成する。SWEデータ・フレーム320は、約0.5Hzないし約1Hzのフレーム・レートで生じ得る。位相逸脱補正ユニット330は、せん断波パルス304の生成及び/又は受信における位相逸脱を補償するので、SWEデータ・フレーム320は位相逸脱の無いSWEデータを含む。例えば、位相逸脱の無いデータから組織変位が算出され得る。組織の動き又は変位は組織の剛性を表現するので、ターゲット組織に関し、ピクセル毎の剛性測定値が算出されることが可能である。せん断波の伝搬経路に沿って複数の場所で組織変位を追跡することにより、せん断波速度が推定されることが可能であり、組織の力学的特性の絶対値が決定されることが可能である。せん断波速度は、例えば、ピーク到達時間に基づく及び相互相関に基づくタイム・オブ・フライト・アプローチ及び波動方程式アプローチのような様々なアプローチに基づいて推定されることが可能である。
【００３３】
方式300は、(例えば、310F(1)ないし310F(N)のような)Nフレームの画像データ・フレーム310が3つのSWEデータ・フレーム320と交互配置されていることを示すが、方式300は、超音波SWE位相逸脱補正のために、Nフレームの画像データ・フレーム310と適切な任意の数のSWEデータ・フレーム320とを交互配置するように適用されることが可能である。更に、方式300はシーケンス中の画像データ・フレーム310の個数を変えてもよい。例えば、第1シーケンスはN個の画像データ・フレーム310を含み、後続のシーケンスはM個の画像データ・フレーム310を含んでもよい。
【００３４】
図4は本開示の形態による超音波SWEの位相逸脱補正方式400を示す概略図である。方式400は方式300と同様である。方式400は方式300における位相逸脱補正の更に詳細な図を提供する。図4に示されるように、位相逸脱補正ユニット330は、遅延推定ユニット410とビームフォーム適応ユニット420とを含む。
【００３５】
方式400において、遅延推定ユニット410はチャネル毎に無線周波数(RF)データ312を分析する。データ312は、Bモード・イメージング・パルス302のエコー応答に対応する。チャネルはトランスデューサ・アレイ112の音響エレメントに対応してもよい。例えば、トランスデューサ・アレイ112が特定の送信イベントにおける送信のためにK個の音響エレメントをトリガーするように構成される場合、画像データ・フレーム310はK個の受信チャネルからのデータを含み得る。K個のチャネルからのデータ312は、1ないしMのインデックスが付与された送信イベントの各々について、312C(1)ないし312C(K)のように示される。従って各チャネルは特定の音響エレメントに対応していてもよい。いくつかの他の実施形態において、チャネルは音響エレメントのサブセットに対応していてもよい。
【００３６】
遅延推定ユニット410は、ターゲット組織に関するトランスデューサ・アレイ112の遅延プロファイル412を決定するように構成される。遅延推定ユニット410は、チャネル毎のデータ312に基づいて、位相逸脱により引き起こされる個々の音響エレメントそれぞれに対する及びそれらからの時間シフトを推定してもよい。いくつかの実施形態において、遅延推定ユニット410は、時間シフトを決定する前に、公称音響波進行速度に従ってチャネル毎のデータ312にフォーカシング遅延を適用してもよい。
【００３７】
一実施形態において、遅延推定ユニット410は、K  個のチャネルについて単独の遅延プロファイル412を決定してもよい。言い換えれば、画像データ・フレーム310における全てのピクセルについて、或いは画像データ・フレーム310に関連する全ての送信イベントについて、単独の遅延プロファイルが推定される。そのような実施形態では、遅延推定ユニット410は、例えば、チャネル毎のデータ312にわたって相互相関を計算し、K個のチャネルのうち最大の相互相関を見出すことにより、K個のチャネルにわたってデータ312を時間整合させるために各チャネルに対する時間シフト値を算出してもよい。
【００３８】
一実施形態において、遅延推定ユニット410は、K個のチャネルについて、ピクセル依存遅延プロファイル412を決定してもよい。そのような実施形態では、遅延推定ユニット410は、(例えば、特定の空間的な地点、或いは特定の深度における)対応する関心のある地点周辺でチャネル毎のデータ312を利用して各々の遅延プロファイル412を推定してもよい。例えば、遅延推定ユニット410は、特定の関心のある地点に基づいて各チャネルについてデータのセグメント又はサブセットを選択し、且つK個のチャネルにわたってサブセットを時間整合させるために各チャネルについて時間シフト値を算出してもよい。遅延推定ユニット410は、別の関心のある地点について、サブセットの選択及び時間調整を反復してもよい。
【００３９】
ビームフォーム適応ユニット420は、1つ以上の遅延プロファイル412を受信するように構成され、及びせん断波モードの送信及び受信アパーチャ設定がBモードのものと相違し得ることに起因して、せん断波パルス304に対する位相逸脱補正設定332を決定するように構成される。例えば、ビームフォーム適応ユニット420は、逸脱の無いSWEデータが取得され得るように、遅延プロファイル412に基づいてトランスデューサ・アレイの音響エレメントに対するビームフォーミング遅延を決定してもよい。位相逸脱補正設定332はビームフォーミング遅延を含んでもよい。いくつかの実施形態において、ビームフォーム適応ユニット420は、遅延プロファイル412ではない他の基準に基づいてビームフォーミング遅延又はビームフォーミング係数を決定してもよい。例えば、ビームフォーム適応ユニット420は、クラッターのような非所望の影響を抑制する、最小ビームフォーミング分散のような統計メトリックに基づくビームフォーミング係数を決定してもよい。ビームフォーム適応ユニット420は、組織運動の追跡に影響を及ぼし得るビームフォーミング誘発性の非相関化を避けるように、チャネル毎のデータ312及びせん断波パルス340を追跡又は相関処理することも可能である。
【００４０】
一実施形態において、ビームフォーミング遅延は、位相逸脱を事前に補償するために、プッシュ・パルス304aに適用されてもよい。一実施形態において、ビームフォーミング遅延は、位相逸脱を事前に補償するために送信トラッキング・パルス304bに適用されてもよい。一実施形態において、ビームフォーミング遅延は、位相逸脱を事後的に補償するために受信トラッキング・パルス304cに適用されてもよい。いくつかの実施形態において、ビームフォーミング遅延は、逸脱の無いSWEデータ・フレーム320を生成するために、プッシュ・パルス304a、送信トラッキング・パルス304b、及び受信トラッキング・パルス304cの任意の組み合わせに適用されてもよい。
【００４１】
図5は本開示の形態による超音波SWEの位相逸脱補正方式500を示す概略図である。方式500は方式300及び400と同様であるが、追加的なフレーム選択ユニット430を使用している。例えば、フレーム選択ユニット430は、ターゲット組織の変位を推定し、且つ遅延推定のために画像データ・フレーム310を選択するように構成される。組織変位が大きい場合、フレーム選択ユニット430は、時間的に後の画像データ・フレーム310(例えば、図3に示されるように、せん断波パルス304に近い画像データ・フレーム310F(N)又は310F(2N))を選択してもよい。時間的に後の画像データ・フレーム310は、せん断波パルス304の後続シーケンスと空間的により良く整合し、従ってロバスト性に富む逸脱抑制をもたらし得る。組織変位が小さい場合、フレーム選択ユニット430は時間的に早期の画像データ・フレーム310(例えば、せん断波パルス304に近い画像データ・フレーム310F(1)又は310F(N+1))を選択してもよい。組織変位が無い場合、フレーム選択ユニット430は、より良い統計値のために複数の画像データ・フレーム310を選択してもよい。
【００４２】
代替的に、フレーム選択ユニット430は、処理コンポーネント116及び134のような処理コンポーネントの処理能力に基づいて、画像データ・フレームを選択してもよい。例えば、処理能力が低い場合、遅延推定に十分な時間を与えるために、フレーム選択ユニット430は時間的に早期の画像データ・フレーム310を選択してもよい。フレーム選択ユニット430は、処理能力に依存する遅延推定のために、1つの画像データ・フレーム310又は複数の画像データ・フレーム310を選択してもよい。
【００４３】
方式300、400、及び500はせん断波パルス304に対する位相逸脱補正を示しているが、位相逸脱補正はBモード・イメージング・パルス302に適用されることも可能である。例えば、画像データ・フレーム310F(1)又は310F(N)から推定される位相逸脱補正設定332は、画像データ・フレーム310F(N+1)ないし310F(2N)に対応する以後のせん断波パルス304及び以後のBモード・イメージング・パルス302をビームフォーミングするために使用されることが可能である。
【００４４】
図6は本開示の形態による超音波SWEのための(UI)/ディスプレイ・ユニット600の概略図である。UI/ディスプレイ・ユニット600は、超音波SWE結果を表示するため及び/又は超音波SWEを制御するためのユーザー入力を受信するためにシステム100により使用されてよい。例えば、UI/ディスプレイ・ユニット600は、UI/ディスプレイ・ユニット117又はUI/ディスプレイ・ユニット132を表現していてもよい。UI/ディスプレイ・ユニット600は、モード選択ユニット610と超音波SWE画像ビュー・ユニット620とを含む。モード選択ユニット610は、モードA(612)又はモードB(614)を選択することをユーザーに許容するように構成されるユーザー入力部を含んでもよい。例えば、モードA(612)は位相逸脱補正を施さない超音波SWEに対応し、モードB(614)は、図3、図4、図5に関連して上述した方式300、400、500にそれぞれ類似する自動位相逸脱補正を伴う超音波SWEに対応してもよい。
【００４５】
超音波SWE画像ビュー・ユニット620は、Bモード画像622、せん断波剛性マップ624、及び信頼性マップ626を表示してもよい。Bモード画像622は、Bモード画像210と同様であってもよく、Bモード画像データ・フレーム310と同様なBモード画像データ・フレームから生成されてもよい。せん断波剛性マップ624は、せん断波剛性マップ220と同様であってもよく、SWEデータ・フレーム320と同様なSWEデータ・フレームから生成されてもよい。せん断波剛性マップ220は、ピクセル毎の剛性尺度を含む二次元(2D)マップであってもよい。信頼性マップ626は、せん断波剛性マップ220における剛性測定値のピクセル毎の確実性レベル又は品質を示す2Dマップであってもよく、対応するせん断波パルスの信号対雑音比(SNR)に基づいて生成されてもよい。
【００４６】
いくつかの実施形態において、超音波SWE画像ビュー・ユニット620は、せん断波剛性マップ624及び/又は信頼性マップ626をBモード画像622と重ね合わせてもよい。いくつかの実施形態において、超音波SWE画像ビュー・ユニット620は、位相逸脱補正を施していない信頼性マップ626と、位相逸脱補正を施した信頼性マップ626とを表示してもよい。超音波診断士は、双方のモードに対する剛性測定値の品質を評価し、評価に基づいてモードA(612)又はモードB(614)を選択することが可能である。
【００４７】
図7は本開示の形態による超音波SWEの位相逸脱補正方法700の流れ図を示す。方法700のステップは、プローブ110のような超音波イメージング・プローブ、又はホスト130のようなホストのコンピューティング・デバイス(例えば、プロセッサ、処理回路、及び/又はその他の適切なコンポーネント)により実行されることが可能である。方法700は、図3、図4、図5それぞれに関して説明された方式300、400、500に類似する仕組みを使用してよい。図示されるように、方法700は列挙された複数のステップを含むが、方法の実施形態は、列挙されているステップの前、後及びそれらの間に追加的なステップを含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、1つ以上の列挙されたステップは省略されてもよいし、或いは異なる順序で実行されてもよい。
【００４８】
ステップ710において、方法700はターゲット組織(例えば、オブジェクト105)を表現する複数の画像データ・フレーム(例えば、画像データ・フレーム310)を受信することを含む。例えば、画像データ・フレームは、超音波イメージング・コンポーネント(例えば、トランスデューサ・アレイ112)から受信される。例えば、画像データ・フレームは、超音波イメージング・コンポーネントの音響エレメントに対応するチャネル毎のデータ(例えば、データ312)を含む。
【００４９】
ステップ720において、方法700は、複数の画像データ・フレームに基づいて、ターゲット組織に関し、超音波イメージング・コンポーネントについて遅延プロファイル(例えば、遅延プロファイル412)を決定することを含む。例えば、遅延プロファイルは、各チャネルに対する時間シフト値を含む。一実施形態では、単独の遅延プロファイルが画像データ・フレームから決定され、時間シフト値は、チャネルにわたってチャネル毎のデータを時間整合させるように算出される。一実施形態において、ピクセル毎の遅延プロファイルがイメージング・データ・フレームから決定されてもよく、関心のある空間的な地点に基づいて各チャネルについてデータのサブセットが選択され、チャネルにわってサブセットを時間整合させるように時間シフト値が算出される。
【００５０】
ステップ730において、方法700は、遅延プロファイルに基づいて、(例えばせん断波パルス304のような)1つ以上のせん断波パルスのシーケンスについて位相逸脱補正設定(例えば、設定332)を決定することを含む。位相逸脱補正設定は、1つ以上のせん断波パルスのシーケンスを生成及び/又は受信するためのビームフォーミング遅延を含んでもよい。
【００５１】
ステップ740において、方法700は、1つ以上のせん断波パルスの生成及び/又は受信のために、超音波イメージング・コンポーネントへビームフォーミング遅延を送信することを含む。
【００５２】
本開示の形態はいくつもの利点を提供することが可能である。例えば、根本的な組織構造の音響特性を考慮するように遅延プロファイルを較正又は決定することは、超音波SWEにおけるフォーカシング・エラーの根本的な原因を補正することが可能である。高いフレーム・レートのBモード・イメージング・パルスに基づく遅延プロファイルのリアル・タイム決定は、音響特性の正確な推定を提供することが可能である。プッシュ及び/又はトラッキング・パルス生成の間の位相逸脱のリアル・タイム事前補償、及び/又はトラッキング・パルス受信の間の位相逸脱のリアル・タイム事後補償は、逸脱の無いSWEデータを提供することが可能である。従って、開示される実施形態は改善された超音波SWEパフォーマンスを提供することが可能である。開示される実施形態は、患者の身体の任意の組織構造に適用されることが可能である。開示される実施形態は、組織の粘弾性情報を必要とする任意の診断に相応しい。
【００５３】
当業者はおそらく上記の装置、システム及び方法が様々な方法で修正され得ることを認めるであろう。従って、本開示により包含される実施形態は上記の特定の実施例に限定されないことを、当業者は認めるであろう。この点に関し、例示的な実施形態が図示及び説明されてきたが、広範囲に及ぶ修正、変形、及び代替が上記の開示の中で考慮されている。そのような変形は本開示の範囲から逸脱することなく上述したものに施されてよいことが理解される。従って添付の特許請求の範囲は本開示に合致する方法で広義に解釈されることが認められる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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